Đề tài: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED Ma trận ppt

Sơ đồ khối dùng ma trận LED Để thực hiện được quét hàng và quét cột thì ma trận LED được thiết kế như sau:+ Các LED trên cùng một hàng sẽ được nối các chân dương với nhau.. Giới thiệu c

Đề tài: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED Ma trận

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ 5

1.1 Lý do chọn đề tài 5

1.2 Mục đích và yêu cầu Error! Bookmark not defined. 1.2.1 Mục đích Error! Bookmark not defined. 1.2.2 Yêu cầu Error! Bookmark not defined. 1.3 Đối tượng nghiên cứu 5

1.4 Phương pháp nghiên cứu 5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LED ĐƠN 6

2.1 Khái quát chung về LED 6

2.1.1 Lịch sử hình thành đèn LED 6

2.1.2 Khái niệm về LED 6

2.1.3 Hoạt động của đèn LED 6

2.1.4 Ưu nhược điểm của đèn LED 7

2.1.5 Ứng dụng của đèn LED 8

2.2 Phương pháp điều khiển đèn LED 8

2.2.1 Cơ sở lý thuyết 8

2.2.2 Giới thiệu chung về hệ thống 10

2.2.3 Sơ đồ khối của mạch hiển thị dùng ma trận LED 11

2.2.4 Nhiệm vụ của các khối 11

CHƯƠNG III THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 20

3.1 Phân tích hệ thống 20

3.1.1 Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử 20

3.1.2 Phân tích hệ thống 21

3.2 Thiết kế tổng quan hệ thống 21

3.2.1 Thiết kế tổng quan phần cứng 21

3.2.2 Thiết kế phần cứng 22

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 30

4.1 Lưu đồ thuật toán Error! Bookmark not defined. 4.2 Phần mềm 32

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 45

5.1 Kết Luận 45

5.2 Hướng phát triển 46

LỜI NÓI ĐẦU

Quảng cáo bằng đèn LED hiện nay được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiềungành, nhiều lĩnh vực Nó không chỉ giới hạn bởi việc hiển thị các dòng chữ, các biểnhiệu nhấp nháy mà còn có thể hiển thị các hình ảnh đồ họa, các hình ảnh đầy đủ màusắc và đặc biệt là có thể hiển thị được cả video Nó cũng không chỉ giới hạn trong việcquảng cáo trong nhà (indoor), bán ngoài trời (semi – outdoor ) mà còn có thể quảngcáo ở cả ngoài trời, ngay giữa ban ngày với độ sáng và độ sắc nét cao

Do vậy, em được thầy giáo Nguyễn Xuân Chiến giao cho đề tài:”Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED Ma trận ” làm đề tài thực tập tốt nghiệp

Nhiệm vụ thiết kế :

Bảng ma trận LED hiển thị chữ 1 màu đỏ chạy hiệu ứng từ phải qua trái

Hiển thị được đồng hồ kim có cả giờ,phút, giây

Trong thời gian làm đồ án em luôn nhận được sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các

thầy cô giáo trong khoa Điện tử, đặc biệt là thầy Nguyễn Xuân Chiến và các bạn sinh

viên khác cùng với sự nỗ lực hết mình, em đã hoàn thành bản đồ án một cách tốt nhất.Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế và thời gian có hạn nên bản đồ án của em hẳn vẫncòn nhiều thiếu sót Em kính mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô giáo và cácbạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cám ơn!

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Giới.

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Hà nội, Ngày… tháng 05 năm 2011

GV hướng dẫn:

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ

1.1 Lý do chọn đề tài

Điện – Điện tử là một trong những lĩnh vực rất phát triển và đánh giá được tốc độphát triển về kinh tế cũng như khoa học kĩ thuật của một đất nước Việc phát triển, chếtạo các lọai Chip, các lọai IC tích hợp thông dụng, có ứng dụng nhiều trong thực tế cóvai trò to lớn trong quá trình phát triển khoa học kĩ thuật liên quan đến kĩ thuật điện –điện tử - tự động hóa Ở Việt Nam công nghệ chế tạo các lọai Chip vi điều khiển, cáccông nghệ tích hợp IC chưa được chú trọng phát triển, phần lớn còn ứng dụng và phụthuộc nhiều vào các công nghệ tiên tiến của các nước phát triển như: Mỹ, Nhật Bản …đặc biệt là tập đoàn điện tử khổng lồ Intel…

Vì vậy việc học tập, tìm hiểu nghiên cứu lại những công nghệ phát triển của cácnước bạn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với người học và đóng vai trò không nhỏtrong quá trình phát triển nền giáo dục của nước nhà

1.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đồ án môn học nói riêng và các môn học chuyên ngànhĐiện tử nói chung là các sinh viên theo học, tìm hiểu và nghiên cứu trong lĩnh vựcĐiện tử, đồng thời là tất cả những người yêu thích chuyên ngành Điện tử, vì đây làmôn học cơ bản làm nền tảng, trang bị kiến thức cho người học để có thể tự tìm hiểu,nghiên cứu các tài liệu học tập cho các môn học tiếp theo, đồng thời cũng cố kiến thứccác môn học đã được học trong thời gian theo học tại trường

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu đề tài của đồ án môn học : Nghiên cứu xây dựng Bảngquảng cáo từ LED ma trận chủ yếu bằng thực nghiệm Vì môn học có tính chất lýthuyết, và liên quan mật thiết đến thực tế nên việc tìm kiếm tài liệu tiếng Việt liênquan đến đề tài là rất khó khăn nên quá trình hòan thành đồ án môn học chủ yếu bằngcác tài liệu do giáo viên hướng dẫn cung cấp cùng sự giúp đỡ của bạn bè, các sinh viênkhóa trên và một số tài liệu trên mạng Internet

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LED MA TRẬN

2.1 Khái quát chung về LED

2.1.1 Lịch sử hình thành đèn LED

Cách đây 13 năm, đèn LED quả là không tưởng cho tới khi khoa học công nghệxuất hiện Nó đã giải quyết mọi khó khăn còn vướng mắc Kể từ đó, đèn LED đã tạonên cuộc cách mạng nhanh chóng Chúng hiện đang được lắp đặt trong rất nhiều thiết

bị, bao gồm cả hệ thống chiếu sáng của bể bơi, đèn đọc…

Đèn LED đã có mặt từ những thập niên 60, nhưng mà hầu hết chỉ dùng hiển thịthời gian của đồng hồ báo thức hay dung lượng pin của máy ghi hình Một thời giandài, đèn LED đã không được dùng làm nguồn sáng bởi vì chúng chỉ cho ánh sáng đỏ,xanh lá cây và vàng mà không cho ánh sáng trắng Đến năm 1993, công ty hoá chấtNichia của Nhật Bản cho ra đời loại đèn LED xanh dương, là sự kết hợp giữa ánh sáng

đỏ và xanh lá cây để cho ra ánh sáng trắng Sự kiện này đã mở ra một lĩnh vực mới vềcông nghệ LED Đèn LED dựa trên công nghệ bán dẫn ngày càng tăng về độ chiếusáng, hiệu suất và tuổi thọ, giống như bộ xử lý của máy tính, phát triển ngày càngnhanh và giá thành ngày càng

giảm theo thời gian

Những năm 1960: Phát minh ra đèn Led ánh sáng đỏ

Những năm 1970: Phát minh ra Led 7 đoạn

Những năm 1980: Phát minh ra led xanh lá cây

Những năm 1990: Phát minh ra led xanh dương là cơ sở để phát triển đèn led ánh sángtrắng

Những năm 2000: Thời điểm bùng nổ đèn Led chiếu sáng

2.1.2 Khái niệm về LED

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt cókhả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LEDđược cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

2.1.3 Hoạt động của đèn LED

Hoạt động của đèn LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn Khối bán dẫn loại pchứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứacác điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiếnlại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa.Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện

từ có bước sóng gần đó)

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát rakhác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc củaLED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng1,5 đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đó, LED rất dễ

bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

Loại LED điện thế phân cực thuận:

+ Lợi ích kinh tế: Đèn LED tiết kiệm 70-80% năng lượng so với các loại bóng đèn

+ Tốt cho thị lực của người sử dụng: Ánh sáng của đèn LED dịu mát, hiệu ứng chóimắt thấp và hoàn toàn không nhấp nháy hư của bóng huỳnh quang, vốn bị coi lànguyên nhân

gây ra bệnh đau nửa đầu và động kinh

+ Ít ảnh hưởng tới môi trường: Do phần lớn năng lượng được chuyển hóa thành quangnăng, do đó hiệu ứng nhiệt của đèn LED rất thấp Nó hoàn toàn không tỏa nhiệt vàomôi trường Các nghiên cứu khoa học cho thấy một bóng LED trung bình tỏa ra mộtlượng nhiệt 3,4 btu/h (tương đương với 1W), trong khi một bóng đèn dây tóc có độsáng tương đương tỏa ra nhiệt lượng khoảng 85 btu/h (tương đương với 25W) Ngoài

ra bóng đèn LED không chứa thủy ngân và do đó sẽ ít gây hại cho môi trường hơn khi

+ Thời gian khởi động nhanh: Không giống với bóng đèn huỳnh quang, đèn LED gầnnhư bật sáng ngay lập tức khi được cấp điện

+ Bền vững đặc biệt: Do được làm từ chất liệu nhựa cao cấp nên đèn LED có thể chịuđựng các lực va đập mạnh, hoặc các ảnh hưởng bởi thời tiết như mưa , nắng …

 Nhược điểm

+ Chi phí sản xuất cao, lắp đặt thi công phức tạp, tốn nhiều thời gian hơn các loại bóng

thông thường khác

+ Toả nhiệt ở chân đèn, gây ảnh hưởng đến các bộ phận liền kề

+ Chưa tiện dụng: Đèn LED vẫn là mặt hàng công nghệ cao phải mua từ đại lý củahãng, bộ điều khiển của hãng nào chỉ chạy với đèn LED của đúng hãng đấy mà thôi

+ Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồđiện tử dân dụng

+ Ðèn LED có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như đèn đọc, chiếu sáng bể bơi,nhất là cho chiếu sáng quảng cáo ngoài trời tại những nơi khó thay lắp, do có tuổi thọcao hơn nhiều lần so với bóng đèn neon, đồng thời có nhiều mầu sắc phong phú như:

đỏ, xanh lá, xanh da trời, mầu hổ phách

Ở nước ta, đèn LED được ứng dụng để tiết kiệm năng lượng, phục vụ cho quảngcáo, chiếu sáng đô thị Ðiển hình là việc lắp đặt hệ thống đèn LED tại cầu sông Hàn vàThuận Phước (TP Ðà Nẵng)

2.2 Phương pháp điều khiển đèn LED

Theo yêu cầu của đồ án: Nghiên cứu xây dựng Bảng quảng cáo từ LED đơn Hiển

thị được dòng chữ chạy: “KHOA ĐIỆN TỬ” Bảng hiển thị màu đỏ, với kích thước16x64 Vì vậy ta chia ra làm 2 modul nhỏ với kích thước mỗi modul là 16x32 LEDtương đương với một LED ma trận có kích thước 16x32 Sau đó ta điều khiển theonguyên tắc của LED ma trận

2.2.1 Cơ sở lý thuyết

giải mã hàng và giải mã cột, điểm ảnh này sẽ được xác định trạng thái nhờ dữ liệu đưa

ra từ bộ vi điều khiển AT 89C52 Như vậy tại mỗi thời điểm chỉ có trạng thái của mộtđiểm ảnh được xác định Tuy nhiên khi xác định địa chỉ và trạng thái của điểm ảnhtiếp theo thì các

điểm ảnh còn lại sẽ chuyển về trạng thái tắt (nếu LED đang sáng thì sẽ tắt dần) Vì thế

để hiển thị được toàn bộ hình ảnh của ma trận đèn, ta có thể quét ma trận nhiều lần vớitốc độ quét rất lớn, lớn hơn nhiều lần thời gian kịp tắt của đèn Mắt người chỉ nhận biếtđược tối đa 24 hình/s do đó nếu tốc độ quét rất lớn thì sẽ không nhận ra được sự thayđổi nhỏ của đèn mà sẽ thấy được toàn bộ hình ảnh cần hiển thị

Sơ đồ khối:

Dữ liệu

Hình 2.1 Sơ đồ khối dùng ma trận LED

Để thực hiện được quét hàng và quét cột thì ma trận LED được thiết kế như sau:+ Các LED trên cùng một hàng sẽ được nối các chân dương với nhau

+ Các LED trên cùng một cột sẽ được nối các chân âm với nhau như hình vẽ

Ta có thể mô phỏng một ma trận LED đơn giản 4x4 như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế ma trận LED

Giải mã hàng

Ma trận đèn LED

Giải mã cột

Trạng thái của một LED sẽ được quyết định bởi tín hiệu điện áp đi vào đồng thời

cả 2 chân Ví dụ để LED sáng thì điện áp 5v phải đưa vào chân dương và chân âm phảiđược nối đất, LED sẽ tắt khi không có điện áp đưa vào chân dương Với đề tài này,chúng em chia ra làm 2 modul nhỏ với kích thước mỗi modul là 16x32 LED để hiểnthị

Ta có sơ đồ nguyên lý của ma trận LED 8x8:

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý ma trận LED 8x8

2.2.2 Giới thiệu chung về hệ thống

Với mục đích tìm hiểu về cách thiết kế và xây dựng một bảng quảng cáo điện tửbằng đèn LED đơn giản chúng em xây dựng một hệ thống quang báo với sơ đồ khốinhư sau:

Khối điều khiển hiển thị: có chức năng xử lý các dữ liệu mà máy tính truyền tới

để tạo ra các dữ liệu về mức logic cần cấp cho các LED trong từng cột đồng thời điềukhiển quá trình cấp nguồn cho led ma trận Khối này được xây dựng bằng các thủ tục

xử lý dữ liệu trên vi điều khiển Khi nhận được dữ liệu về chuỗi ký tự cần hiển thị thì

hiệu ứng hiển thị thì khối này sẽ xác định thủ tục gửi dữ liệu cho các khối chốt dữ liệuhàng và cột.

2.2.3 Sơ đồ khối của mạch hiển thị dùng ma trận LED

2.2.4 Nhiệm vụ của các khối

Bộ vi điều khiển 89S52

Đây là nơi lưu giữ chương trình điều khiển chính và dữ liệu cho các mạch giải mã

hàng và cột AT89C52 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, công

suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được/lập trình được.Chip này

được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao.AT89S52 có các đặc trưng chuẩn sau: 8Kbyte Flash, 256 byte RAM, 32 đường xuấtnhập, ba bộ định thời/đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt hai mức ưu tiên và 6 nguyên nhânngắt, một port nối tiếp song công, mạch tạo dao động và tạo xung Clock trên Chip.Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời/đếm, Port nốitiếp và hệ thống ngắt hoạt động

Mô tả các chân của IC 8952:

Hình2.4 Sơ đồ chân IC 89S52

- Vcc: Chân cung cấp điện

- GND: Chân nối đất.

- Port 0: Port 0 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều cực D hở Port 0 còn được cấu hình

làm bus địa chỉ (byte thấp) và làm bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữliệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài Port 0 cũng nhận các byte mã trong khi lậptrình cho Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình

- Port 1: Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.

Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 1, các chân này được kéo lên mức caobởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào Khi làmnhiệm vụ

là các port nhập, các chân của port 1 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bênngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong

- Port 2: Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.

Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 2, các chân này được sử dụng như làcác ngõ

vào Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 2 đang được kéo xuống mức thấp

do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong Port 2 tạo rabyte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài, vàtrong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit

- Port 3: Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong Khi các

logic 1 được ghi lên các chân của port 3, các chân này được kéo lên mức cao bởi cácđiện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như là các ngõ vào Khi làm nhiệm

vụ port nhập, các chân của port 3 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bênngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bên trong Port 3 còn được sử dụng làm

các chức năng khác của AT89C52:

P3.0 gõ vào Port nối tiếp

P3.1 gõ ra Port nối tiếp

P3.2 gõ vào ngắt ngoài 0

P3.3 gõ vào ngắt ngoài 1

P3.4 gõ vào bên ngoài của bộ định thời 1

P3.5 gõ vào bên ngoài của bộ định thời 0

P3.6 điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

- RST: Ngõ vào Reset Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi bộ dao động đang hoạt động sẽ Reset AT89S52.

Hình 2.5 Mạch Reset tự động khi khởi động máy

Với bài này em thực hiện Reset bằng cách nối chân 9 của 89S51 với nguồn 5V

- ALE: ALE là một xung ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch Enable)

cho phép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài Chân nàycũng được dùng làm ngõ vào xung lập trình (PROG) trong thời gian lập trình choFlashC

Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số bằng 1/6 tần sốcủa

mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục đích định thời từ bên ngoàivàtạo xung Clock Tuy nhiên cần lưu ý là một xung ALE sẽ bị bỏ qua trong mỗi chu kìtruyxuất của bộ nhớ dữ liệu ngoài

Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu hoá bằngcách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ byte là 8E(h) Khi bit này

được set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực thi lệnh MOVX hoặc MOVC Ngược

lại chân này sẽ đượckéo lên mức cao Việc set bit không cho phép hoạt động chốt bytethấp của địa chỉ sẽkhông có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thichương trình ngoài

- XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và ngõ vào đến

mạch tạo xung Clock bên trong chip

- XTAL2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại đảo của mạch dao động Để tạo mạch dao

động cho vi điều khiển 89C52 hoạt động, chúng em chọn mạch tạo dao động như hình

vẽ dưới đây, với các giá trị của linh kiện là: C1 = C2 =30pF

Thạch anh dao động có tần số 12MHz

Chú ý: C1, C2 = 30 pF ± 10 pF for Crystals = 40 pF ± pF for Ceramic Resonators

Hình 2.6 Kết nối của mạch dao dộng

 Mạch giải mã hàng

Dùng IC 74LS138 (3 đầu vào, 8 đầu ra) để giải mã cho các cột của các ma trận

LED Do mỗi thời điểm chỉ có một IC giải mã được làm việc nên ta phải thiết kế mạchphân kênh để chọn IC làm việc.Ví dụ dùng chân P2.3 & P2.4 của vi điều khiển 89C52

để làm đầu vào cho mạch phân kênh

Hình 2.7 Sơ đồ chân IC 74LS138

Hình 2.8 Sơ đồ chân IC 74L

Ta có bảng 1: bảng trạng thái cho mạch phân kênh như sau:

H = HIGH Level

L = LOW Level

X = Don’t Care

G2 = G2A + G2B

Hình 2.9 Bảng trạng thái phân kênh

Theo nguyên tắc quét ma trận led thì tại mỗi thời điểm ta chỉ cấp nguồn chomột hàng của ma trận do đó có thể dùng 74LS138 để cấp nguồn cho các hàng của matrận Các đầu vào ( A,B,C) của 74LS138 sẽ được nối với các chân của IC đệm tăngdòng, các đầu ra của 74LS138 được nối với các cột của ma trận led thông qua mộtcổng phủ định ( hoặc các bộ đệm dòng cấp nguồn cho hàng ), còn các chân G1 đượcnối với dương nguồn,G2A được nối đất, G2B nối với chân cho phép đầu ra của IC đệmtăng dòng Thông qua việc gửi tín hiệu từ vi điều khiển tới các chân đầu vào của74LS138 ta có thể chọn được hàng cần cấp nguồn

Khi mở rộng ma trận ta tăng thêm số lượng IC để cấp nguồn cho tất cả cáchàng, các IC này có thể cùng nối chung hoặc riêng chân điều khiển Hoặc chỉ sử dụngmột IC nhưng cấp nguồn đồng thời cho tất cả các ma trận, khi đó một chân của IC sẽđược nối với các hàng của các ma trận khác nhau

 Mạch giải mã cột

Điều khiển cấp nguồn cho cột dùng 74HC59

Chức năng của 74HC59

74HC595 là bộ ghi dịch 8 bít gồm có :

1 đầu vào cho phép (OE )

1 đầu vào chọn thanh ghi dịch (MR)

1 đầu vào dữ liệu nối tiếp (DS)

1 đầu vào cấp xung cho thanh ghi dịch (SH_CP)

1 đầu vào cấp xung cho thanh ghi chứa (ST_CP)

8 đầu ra 3 trạng thái ( Q1 đến Q7 và Q7’)

Hình2.10 Sơ đồ chân 74HC595

Bảng2 : Chức năng hoạt động của 74HC595

Chức năngSH_CP ST_CP OE MR DS Q7’ Qn

MR mức thấp dữ liệu chỉ dịchtrong thanh ghi dịch đầu rakhông đổi trạng thái

X  L L X L L Xóa thanh ghi dich nạp dữ liệu

vào thanh ghi chứa

X X H L X L Z Xóa thanh ghi dịch đầu ra ở

trạng thái trở kháng cao

Dịch chuyển trạng thái cao vàothanh ghi dịch, giá trị trước đócủa bít thứ 6 trong thanh ghidịch được chuyển sang đầu ra

Q7’

Nội dụng của thanh ghi dịchđược chuyển sang thanh ghi

chứa và chuyển sang đầu ra

Dịch chuyển nội dung củathanh ghi dịch đồng thời nộidung của thanh ghi dịch cũđược chuyển vào thanh ghichứa và các đầu ra song song

Sử dụng 74HC595để cấp nguồn cho các cột của ma trận

Khi dùng 74HC595 để cấp nguồn cho ma trận led ta nối các đầu ra song songcủa 74HC595 với các chân cấp nguồn cho các cột của ma trận Đồng thời phải sử dụng

3 chân của vi điều khiển để nối với các chân DS,SH_CP,ST_CP của 74HC595 Cácbit dữ liệu mã hóa mức logic cần cấp cho các cột của 1 hàng ma trận sẽ được truyềnliên tiếp DS của 74HC595 Để đồng bộ bit thì vi điều khiển mỗi khi xuất 1 bit tới chân

DS sẽ phát một xung có sườn dương vào chân SH_CP Sau khi truyền xong hết dữliệu, để các led trên cột sáng thì ta phải chuyển dữ liệu trong thanh ghi dịch vào cácđầu ra của 74HC595 bằng cách cấp 1 xung sườn dương vào chân ST_TP Chú ý để IC

có thể hoạt động và đẩy dữ liệu ra các chân đầu ra thì chân OE phải nối đất, chân MR

nối dương nguồn

Hình 2.11 Ghép nối 74HC595 với vi điều khiển để cấp nguồn cho hàng của

ma trận

Khi mở rộng ma trận led ta ghép nhiều 74HC595 nối tiếp nhau: các chân SH_CPđược nối chung với 1 nguồn cấp xung, các chân ST_CP cũng được nối chung vớinhau, đầu ra Q7’ của IC phía trước được nối với đầu vào DS của IC tiếp theo Khi đó

dữ liệu sẽ được dịch đồng bộ từ IC này sang IC khác và đầu ra của các IC cũng được

chốt đồng bộ

Hình 2.12 Ghép nối tiếp các IC 74HC595

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

3.1 Phân tích hệ thống

3.1.1 Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử

Nguyên lý hoạt động của bảng điện tử dựa theo nguyên lý hoạt động của các mànhình, đó là sử dụng phương pháp quét hình theo từng dòng.Mỗi dòng gồm nhiều điểmảnh, mỗi điểm ảnh có thể có một hoặc vài đèn, màu sắc khác nhau Mỗi đèn được biểudiễn thông qua một bit dữ liệu, bit 1 tương ứng với đèn sáng, bit 0 tương ứng với đèntắt

Tại một thời điểm, không phải tất cả các dòng trên màn hình đều sáng nhưng dotốc độ quét nhanh và sự lưu ảnh trên võng mạc tạo cho người nhìn thấy hình ảnh liêntục Trong quá trình quét, mạch điều khiển sẽ đưa dữ liệu ra Module hiển thị, chính dữliệu này sẽ quyết định điểm ảnh nào sáng, điểm ảnh nào tắt, màu sắc của điểm ảnh là

gì Các điểm ảnh này sẽ tạo ra hình ảnh trên bảng điện tử

3.1.2 Phân tích hệ thống

Trong đồ án này, bảng điện tử có kích thước 16x64 cm, ta chia làm 16x64 điểmảnh, mỗi điểm ảnh là một đèn LED, ta chia làm 2 Module, mỗi Module có kích thước16x32 điểm ảnh

Để hiển thị một hình ảnh ta phải quét hết 16 dòng Nếu thời gian quét một dòng là1ms, thì để quét xong một hình ảnh ta phải mất 16ms Nếu thời gian trễ cho một hìnhảnh là 34ms thì thời gian hiển thị của hình ảnh đó là 50ms Như vậy, ta có thể hiển thịđược 1000/50 = 20 hình/s

Sơ đồ khối tổng quan phần cứng như sau:

Ma trận)

Các tín hiệuđiều khiển

Các tín hiệuquét hàng

Các tín hiệu ghi dịch cột

Hình 3.2 Sơ đồ khối tổng quan phần cứng

Vì hệ thống được thiết kế theo mô hình của hệ thống tự động, nên chương trìnhđiều khiển phải đáp ứng tất cả những công việc đặt ra của hệ thống, khi khởi động hệthống chương trình điều khiển thực hiện quét xâu văn bản cần hiển thị, nạp dữ liệunhận được vào bộ đệm của bảng điện tử, sau đó thể hiện thông tin lên bảng điện tử,công việc đó được lặp đi lặp lại nhiều lần

Hệ thống sử dụng bảng hiển thị Led ma trận anode chung có kích thước 16x32LED Các ma trận này được nối với nhau thành 16 dòng và 32 cột Module hiển thị sửdụng các ma trận LED.Trong một Module 16x32 ta chia làm 4 phần nhỏ, mỗi phần cókích thước 4x32 LED Sau đây chúng em trình bày sơ đồ nguyên lý của một bảng hiểnthị có kích thước 16x32 Led

Sơ đồ nguyên lý của một Module ma trận LED như sau:

Error: Reference source not found Tại mỗi điểm là một đèn LED Mỗi đèn có haicực dương và âm Cực dương sẽ dùng để điều khiển quét dòng Do đó tất cả các đèntrên cùng một dòng có chung cực dương (Li) Các đèn trên cùng một cột có chung cực

quyết định đẩy dữ liệu đến các Module hiển thị tiếp theo hoặc chốt dữ liệu để hiển thị

ra bảng điện tử

Trên cơ sở đó, mỗi module hiển thị cần phải có các tín hiệu chính sau :

SHIFT(CLOCK) :Xung đồng hồ để dịch 1 bit dữ liệu vào từ (và ra khỏi) thanh ghidịch

DATA :Xuất tín hiệu điều khiển ra khuếch đại công suất 74HC245

OE : Chân cho phép đầu ra

A, B : Chân xuất tín hiệu ra hàng

LATCH : Chốt dữ liệu ra thanh ghi dịch để cập nhật các điểm ảnh trên cột

Sau đây là sơ đồ nguyên lý của Moule hiển thị led:

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý của một Moule hiển thị led

Hệ thống sử dụng các IC điều khiển led 74HC595

Sơ đồ chân của IC này như sau: